CN116110864A - 一种变流速水冷型大功率igbt散热器 - Google Patents

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李炎
罗静
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Abstract

本发明提供的一种变流速水冷型大功率IGBT散热器，包括：散热器基体，所述散热器基体上开设有槽以及贯穿所述散热器基体的管道，所述槽与所述管道连通；微通道栅格，包括栅格平板以及若干栅板，所述栅格平板与所述栅板相对垂直设置，且所述栅板上开设有孔，所述栅板放置在所述槽内。通过所述微通道栅格对经过所述变速水冷型大功率IGBT散热器内的流体进行分流，减小流体在所述散热器内不同位置的流速差异，减小IGBT模组不同部位的温度差异，进而改善所述散热器的均温性的问题。

Description

一种变流速水冷型大功率IGBT散热器
技术领域
本发明涉及变流速水冷型大功率IGBT散热器技术领域，尤其涉及一种变流速水冷型大功率IGBT散热器。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)主要是用来做能源转换和传输的，因其耐高电压、输入阻抗高和载流能力强的优点，被广泛应用于风力发电、机电设备、电动汽车、航空航天等领域，被誉为电力电子装置的“CPU”。但IGBT工作时会产生大量的功率损耗，进而转变成热量使IGBT芯片的工作温度快速上升，如果热量不能即时转移会造成IGBT模组产生不同形式的失效，如芯片烧毁、焊料断裂、焊丝翘起、芯片裂纹等。相关研究表明，IGBT模组失效大部分是散热不良导致的，工作温度每升高10℃其失效率将翻倍。
目前，IGBT模组散热方式有空冷散热、相变散热和液冷散热。空冷散热依靠空气对流换热将IGBT模组的热量带走，但由于空气的导热系数低、噪声大、易积灰等缺点，空冷散热只适用于低功率IGBT模组；相变散热通过在热管中填充相变材料，利用相变潜热将热量带走。相变散热能很好地提高散热器的均温性，却存在设备体积大和难以维护的缺点；与前两种散热方式相比，采用液冷散热方式的散热器具有体积小巧、结构紧凑和噪声小的优点，因此在大功率IGBT模组中大量应用。
而现有液冷散热器通过隔板将流体分出多条流道，但由于流动特性流体在腔室内不同位置流速不同，导致IGBT模组不同部位温度差异较大，从而使得散热器均温性不好。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种变流速水冷型大功率IGBT散热器，解决现有技术中液冷散热器通过隔板将流体分出多条流道，但由于流动特性流体在腔室内不同位置流速不同，导致IGBT模组不同部位温度差异较大，使得散热器均温性不好的问题。
本发明提供一种变流速水冷型大功率IGBT散热器，包括：
散热器基体，所述散热器基体上开设有槽以及贯穿所述散热器基体的管道，所述槽与所述管道连通；
微通道栅格，包括栅格平板以及若干栅板，所述栅格平板与所述栅板相对垂直设置，且所述栅板上开设有孔，所述栅板放置在所述槽内。可选的，所述栅格平板的上端面的四个角落处包含对称分布的四个圆孔。
可选的，所述槽与所述散热器基体开槽的一侧设置有台阶。
可选的，所述散热器还包括垫片，所述垫片设置在所述栅格平板与所述槽之间，即所述栅格平板的下端面与所述垫片的一面贴合，所述垫片的另一面与所述台阶贴合。
可选的，所述管道包括进水道、出水道、进水口引水道以及出水口引水道；所述进水道与所述进水口引水道连通，所述进水口引水道与所述槽底面连通，所述出水口引水道与所述槽的一侧连通。
可选的，所述散热器基体开设有锥形堵头安装孔，所述锥形堵头安装孔与所述出水口引水道、所述出水口连通。
可选的，所述进水口引水道与所述出水口引水道的直径均为10毫米。
可选的，5个所述进水口引水道设置在所述槽底面，5个所述出水口引水道设置在所述槽侧面。
可选的，所述散热器基体还包括圆柱堵头和锥形堵头，所述圆柱堵头设置在所述出水口引水道一端，所述锥形堵头设置在所述锥形堵头安装孔一端。
可选的，所述出水口引水道靠近所述散热器基体侧面一侧的端部包含第一螺纹，所述锥形堵头安装孔靠近所述散热器基体上端面的端部包含第二螺纹，所述圆柱堵头通过所述第一螺纹与所述出水口引水道连接，所述锥形堵头通过所述第二螺纹与所述锥形堵头安装孔连接。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种变流速水冷型大功率IGBT散热器，包括：散热器基体，所述散热器基体上开设有槽以及贯穿所述散热器基体的管道，所述槽与所述管道连通；微通道栅格，包括栅格平板以及若干栅板，所述栅格平板与所述栅板相对垂直设置，且所述栅板上开设有孔，所述栅板放置在所述槽内。通过所述微通道栅格对经过所述变速水冷型大功率IGBT散热器内的流体进行分流，减小流体在所述散热器内不同位置的流速差异，减小IGBT模组不同部位的温度差异，进而改善所述散热器的均温性的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的实施例一中的变流速水冷型大功率IGBT散热器一种实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的实施例一中的变流速水冷型大功率IGBT散热器的侧面剖切结构示意图；
图3是本发明提供的实施例一中的微通道栅格的结构示意图；
其中：1-散热器基体；101-进水道；102-进水口引水道；103-槽；104-出水口引水道；105-锥形堵头安装孔；106-出水道；107-M2螺母；2-微通道栅格；201-栅格平板；202-栅板；203-散热孔；204-通孔；3-锥形堵头；4-圆柱堵头；5-垫片；6-管道；7-M2螺母；8-水道堵头。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
如图1、图2所示，本发明实施例中提供了在实施例的一种具体实施方式中，所述一种变流速水冷型大功率IGBT(IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管)散热器包括：散热器基体1，所述散热器基体1上开设有槽103以及贯穿所述散热器基体1的管道6，所述槽103与所述管道6连通；微通道栅格2，包括栅格平板201以及若干栅板202，所述栅格平板201与所述栅板202相对垂直设置，且所述栅板202上开设有孔203，所述栅板202放置在所述槽103内。
本申请提供的一种变流速水冷型大功率IGBT散热器，通过在所述散热器基体1的所述槽103内放置所述微通道栅格2，而所述微通道栅格2包含若干平行设置的所述栅板202，所述栅板202上开孔，可以大大改善流体在所述散热器内不同位置的流速差异，减小IGBT模组不同部位的温度差异，进而改善所述散热器的均温性的问题。即散热器工作时，流体从管道6进入进水道101中，通过进水口引水道102进入所述槽103中，流体进入所述槽103后先被所述微通道栅格2分割出多条水道，改善了流体在所述槽103内不同位置流体流速的差异，然后由于所述微通道栅格2的栅板202上加工出多排散热孔203，进一步改善了流体的流速。
需要说明的是，所述散热器基体1上包含3个所述槽103，所述槽103的尺寸为85mm×85mm×35mm，且所述槽103顶面包含4个M2螺纹孔；所述栅格平板201的尺寸为95mm×95mm×5mm，所述栅格平板201的上端面与IGBT芯片接触，所述栅格平板201的下端面采用电火花线切割方式加工；所述栅板202的厚度为2～3mm。所述栅板202上的所述孔203包含多个且呈矩形排列。
在一种实施例中，所述槽103与所述散热器基体1开槽的一侧设置有台阶。所述台阶用于与所述微通道栅格2的所述栅格平板201配合。
进一步地，所述管道6包括进水道101、出水道106、进水口引水道102以及出水口引水道104；所述进水道101与所述进水口引水道102连通，所述进水口引水道102与所述槽103底面连通，所述出水口引水道104与所述槽103的一侧连通。流体通过所述微通道栅格2后在所述出水口引水道104的指引下进入所述出水道106，并通过所述出水管6将IGBT模组热量带走。
可以理解的是，所述散热器基体1开设有锥形堵头安装孔105，所述锥形堵头安装孔105与所述出水口引水道104、所述出水口106连通。
需要说明的是，所述进水口引水道102与所述出水口引水道104的直径均为10毫米。
需要说明的是，5个所述进水口引水道102设置在所述槽103底面，5个所述出水口引水道104设置在所述槽104侧面。
进一步地，所述散热器基体1还包括圆柱堵头4和锥形堵头3，所述圆柱堵头4设置在所述出水口引水道104一端，所述锥形堵头3设置在所述锥形堵头安装孔105一端。
需要说明的是，所述锥形堵头3根据温度传感器反馈的温度信息，可以在所述锥形堵头安装孔105中上下移动，以调整所述锥形堵头3在所述锥形堵头安装孔105内的长度，从而改变所述锥形堵头安装孔105和所述出水口引水道104开口大小，前后调整所述圆柱堵头4在所述出水口引水道104内的长度，即所述锥形堵头3与所述锥形堵头安装孔105的接触长度可调节，所述圆柱堵头4与所述出水口引水道104的接触长度可调节，进而改变所述槽103各位置流体的流速，进而使IGBT散热器模组各部位温度趋于一致。
具体地，所述出水口引水道104靠近所述散热器基体1侧面一侧的端部包含第一螺纹，所述锥形堵头安装孔105靠近所述散热器基体1上端面的端部包含第二螺纹，所述圆柱堵头4通过所述第一螺纹与所述出水口引水道104连接，所述锥形堵头3通过所述第二螺纹与所述锥形堵头安装孔105连接，且所述圆柱堵头4与所述第一螺纹连接时或是所述锥形堵头3与所述第二螺纹连接时用防水胶密封。
在一种实施例中，所述散热器还包括垫片5，所述垫片5设置在所述栅格平板201与所述槽103之间，即所述栅格平板201的下端面与所述垫片5的一面贴合，所述垫片5的另一面与所述台阶贴合，以防止液体渗出。
在一种实施例中，所述栅格平板201的上端面的四个角落处包含对称分布的四个圆孔204。需要说明的是，所述圆孔204用于装配M2螺母7，通过所述M2螺母7将所述微通道栅格2固定在所述散热器基体1上。
进一步地，所述散热器基体1还包括水道堵头8，所述水道堵头8安装在所述散热器基体1的所述进水道101和所述出水道106大端，所述管道6安装在所述进水道101、所述出水道106的小端。
也就是说，所述锥形堵头3根据IGBT芯片散热量调整所述锥形堵头3在所述锥形堵头安装孔105内的接触长度，所述圆柱堵头4在所述出水口引水道104内的接触长度，改变连通所述槽3的所述出水口引水道开口的大小，进而改变所述槽103中各部位流体的流速，从而改变IGBT散热器的均温性和散热性能。本发明能很好地实现了大功率IGTB控制器的散热性和均温性要求，具有结构简单、成本低廉、操作便捷和控温性好的优点。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种变流速水冷型大功率IGBT散热器，包括：散热器基体1，所述散热器基体1上开设有槽103以及贯穿所述散热器基体1的管道6，所述槽103与所述管道6连通；微通道栅格2，包括栅格平板201以及若干栅板202，所述栅格平板201与所述栅板202相对垂直设置，且所述栅板202上开设有孔203，所述栅板202放置在所述槽103内。主要是通过所述微通道栅格2对经过所述变速水冷型大功率IGBT散热器内的流体进行分流，以提高所述变流速水冷型大功率IGBT散热器内流体的流速，然后进一步通过改变所述出水口引水道104的开口大小，进一步改善了流体的流速，进而改善了所述散热器的散热效果。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，包括：
散热器基体，所述散热器基体上开设有槽以及贯穿所述散热器基体的管道，所述槽与所述管道连通；
微通道栅格，包括栅格平板以及若干栅板，所述栅格平板与所述栅板相对垂直设置，且所述栅板上开设有孔，所述栅板放置在所述槽内。
2.如权利要求1所述的变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，所述栅格平板的上端面的四个角落处包含对称分布的四个圆孔。
3.如权利要求2所述的变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，所述槽与所述散热器基体开槽的一侧设置有台阶。
4.如权利要求3所述的变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，所述散热器还包括垫片，所述垫片设置在所述栅格平板与所述槽之间，即所述栅格平板的下端面与所述垫片的一面贴合，所述垫片的另一面与所述台阶贴合。
5.如权利要求1所述的变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，所述管道包括进水道、出水道、进水口引水道以及出水口引水道；所述进水道与所述进水口引水道连通，所述进水口引水道与所述槽底面连通，所述出水口引水道与所述槽的一侧连通。
6.如权利要求5所述的变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，所述散热器基体开设有锥形堵头安装孔，所述锥形堵头安装孔与所述出水口引水道、所述出水口连通。
7.如权利要求5所述的变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，所述进水口引水道与所述出水口引水道的直径均为10毫米。
8.如权利要求7所述的变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，5个所述进水口引水道设置在所述槽底面，5个所述出水口引水道设置在所述槽侧面。
9.如权利要求1所述的变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，所述散热器基体还包括圆柱堵头和锥形堵头，所述圆柱堵头设置在所述出水口引水道一端，所述锥形堵头设置在所述锥形堵头安装孔一端。
10.如权利要求9所述的变流速水冷型大功率IGBT散热器，其特征在于，所述出水口引水道靠近所述散热器基体侧面一侧的端部包含第一螺纹，所述锥形堵头安装孔靠近所述散热器基体上端面的端部包含第二螺纹，所述圆柱堵头通过所述第一螺纹与所述出水口引水道连接，所述锥形堵头通过所述第二螺纹与所述锥形堵头安装孔连接。
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